DE10126379A1 - Schaltungsanordnung zum Digitalisieren eines Informationssignals - Google Patents

Abstract

Insbesondere bei Datenübertragungsnetzwerken, wie beispielsweise in passiven optischen Netzwerken, ist es erforderlich, ein Informationssignal mit hohem Dynamikbereich auswerten zu können. Dies stellt an einen Verstärker hohe Anforderungen, wenn er den gesamten Dynamikbereich insbesondere auch für kleine Eingangssignale abbilden können soll. Erfindungsgemäß wird dazu ein nicht-linearer Verstärker (5-7) verwendet, dem eine Digitalisierungsschaltung nachgeschaltet ist, wobei die Verstärkung des nicht-linearen Verstärkers (5-7) bei steigendem Signalpegel des Informationssignals sinkt. Zusätzlich kann der Pegel des Informationssignals im nicht-linearen Verstärker (5-7) verschoben werden, um auf diese Weise den Arbeitspunkt des nicht-linearen Verstärkers (5-7) und damit dessen Verstärkung einzustellen. Die Verschiebung des Informationssignalpegels sowie die Kompensation eines Offsets eines vorgeschalteten Vorverstärkers (1-3) kann mit einer einzigen Stromquelle (18) durchgeführt werden, die von einer Offset-Schaltung (9) mit einem ersten Signal angesteuert wird, wobei die Offset-Schaltung (9) Duplikate (10, 5', 6', 7', 20') sowohl des Vorverstärkers (1-3) als auch des nicht-linearen Verstärkers (5-7) zur Bestimmung des ersten Signals aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Auswerten eines digitale Daten enthaltenden Informations­ signals gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für viele Anwendungen sind Verstärker notwendig, die eine Eingangsgröße mit hoher Bandbreite verstärken, wobei in man­ chen Fällen gleichzeitig eine Umsetzung von einem Eingangs­ strom in eine Ausgangsspannung gewünscht ist. Dabei sind oft hohe Verstärkungen notwendig, und das Eingangssignal kann ei­ nen großen Dynamikbereich aufweisen. Ein typisches Anwen­ dungsgebiet sind Burst-Mode-Empfänger in passiven optischen Netzwerken. Durch die unterschiedliche Länge der Glasfaser­ strecken kann die optische Lichtleistung bei den einzelnen Empfängern sehr stark variieren. Daher tritt auch beim Ver­ stärker ein großer Dynamikbereich des Eingangsstroms auf, wo­ bei es jedoch erforderlich ist, den gesamten Dynamikbereich bei großer Verstärkung für kleine Signale abbilden zu können.

Dazu ist es beispielsweise durch R. G. Meyer et al. "A Wi­ debrand Low-Noise Variable Gain BiCMOS Transimpedance Ampli­ fier", IEEE Journal of Solid-State Circuits, S. 701-706, Bd. 29, Nr. 6, Juni 1994 bekannt, in einem Verstärker verstär­ kungsbeeinflussende Widerstände veränderbar auszugestalten und entsprechend den Erfordernissen zu programmieren. Nach­ teiligerweise erfordert diese programmierbare Verstärkung ein externes Eingreifen und ist damit sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrund, eine Schaltungsan­ ordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der bei geringem Aufwand ein Informationssignal hoher Bandbreite aus­ gewertet bzw. digitalisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsan­ ordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unter­ ansprüche definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Aus­ führungsformen der vorliegenden Erfindung.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist zum Digitali­ sieren des Informationssignals eine Digitalisierungseinrich­ tung und einen nicht-linearen Verstärker auf. Der nicht- lineare Verstärker sorgt dafür, dass ein Eingangssignal mit sehr hohem Dynamikbereich verarbeitet werden kann, ohne dass der Verstärker übersteuert, wobei vorteilhafterweise geringe Pegel des Eingangssignals stärker verstärkt werden als hohe Signalpegel, so dass zum Digitalisieren des Informationssig­ nals ein ausreichender Signalhub zur Verfügung gestellt wer­ den kann. Der Nachteil eines nicht-linearen Verstärkers, das Signal zu verzerren, fällt in Kombination mit der Digitali­ sierungseinrichtung nicht ins Gewicht, da bei dem ausgewerte­ ten Informationssignal ohnehin nur die digitalen Daten von Interesse sind und bei der Digitalisierung ohnehin Analoginformation verlorengeht, die nicht zur Codierung der digitalen Daten erforderlich sind.

Auf diese Weise kann das Informationssignal so verstärkt wer­ den, dass ein sehr hoher Dynamikbereich des Eingangssignals abgedeckt werden kann, ohne dass eine Justier- oder Einstell­ handlung erforderlich wäre, da die Verzerrungen durch den nicht-linearen Verstärker beispielsweise bei Verwendung eines Komparators als Digitalisierungseinrichtung nicht nachteilig ins Gewicht fallen.

Der nicht-lineare Verstärker kann beispielsweise ein gegenge­ koppelter Verstärker mit einem nicht-linearen Gegenkopplungs­ element sein, wobei sich das nicht-lineare Gegenkopplungsele­ ment vorteilhafterweise in Gestalt eines Halbleiterübergangs realisieren lässt. Dazu kann beispielsweise das Gegenkopp­ lungselement eine Diode oder ein Basis-Kollektor- bzw. Basis- Emitter-Übergang eines Transistors sein.

Dem Gegenkopplungselement kann zusätzlich ein Widerstand vor­ geschaltet werden, um die Kennlinie des nicht-linearen Ver­ stärkers zu beeinflussen. Wird beispielsweise einer Diode als nicht-linearem Gegenkopplungselement ein Widerstand vorge­ schaltet, so kann mit dem Widerstand gezielt die Verstärkung für hohe Signalpegel beeinflusst werden, wobei mit steigendem Widerstand die Verstärkung im hohen Signalpegelbereich steigt, wohingegen im Bereich kleiner Signale die Durchlass­ charakteristik der Diode für die Verstärkung maßgeblich ist.

Vorteilhafterweise ist dem nicht-linearen Verstärker eine Offset-Schaltung zugeordnet, mit der der Signalpegel des In­ formationssignals mittels eines ersten Signals verschoben werden kann. Auf diese Weise kann der Arbeitspunkt des nicht- linearen Verstärkers verändert werden, so dass wegen der nicht-linearen Verstärkung das Maß der Verstärkung beein­ flusst werden kann, indem der Arbeitspunkt entlang der Kenn­ linie des nicht-linearen Verstärkers entlang verschoben wird. Mit dieser Maßnahme kann insbesondere die Kleinsignalverstär­ kung eingestellt werden.

Beispielsweise kann bei einer Diodenstrecke als nicht- linearem Gegenkopplungselement durch Aufschalten eines Off­ set-Signals der Signalpegel insgesamt nach oben verschoben werden, so dass die Verstärkung verringert werden kann. Mit dieser Lösung kann mit sehr geringem Aufwand die Verstärkung des nicht-linearen Verstärkers eingestellt werden, wobei un­ ter Annahme einer kontinuierlichen Kennlinie des nicht- linearen Gegenkopplungselements eine stufenlose Einstellung der Verstärkung des nicht-linearen Verstärkers möglich ist.

Wenn der Pegel des Informationssignals mittels einer Offset- Schaltung zur Arbeitspunkteinstellung verschoben wird, kann zwischen dem nicht-linearen Verstärker und der Digitalisie­ rungseinrichtung eine Subtrahierschaltung zwischengefügt wer­ den, die die Differenz zwischen dem nicht-linear verstärkten Informationssignal und einem zweiten Signal bzw. Korrektur­ signal bildet, so dass die Aufschaltung des ersten Signals in der Offset-Schaltung zur Verschiebung des Arbeitspunkts des nicht-linearen Verstärkers wieder kompensiert werden kann. Dazu kann das zweite Signal einen Wert aufweisen, der dem Wert des vom nicht-linearen Verstärker verstärkten ersten Signals entspricht. Auf diese Weise kann am Ausgang der Sub­ trahierschaltung ein Signal abgegriffen werden, das unbeein­ flusst vom ersten Signal zur Steuerung der Verstärkung des nicht-linearen Verstärkers ist, wobei dennoch eine Einstel­ lung der Verstärkung des nicht-linearen Verstärkers mit ein­ fachen Mitteln möglich ist.

Zur Erzeugung des ersten und/oder zweiten Signals kann die Offset-Schaltung ein Duplikat der Struktur des nicht-linearen Verstärkers aufweisen, das den nicht-linearen Verstärker nachbildet, wobei dem nicht-linearen Verstärker und seinem Duplikat in der Offset-Schaltung eine Strom- oder Spannungs­ quelle zugeordnet sind, mit denen das erste Signal sowohl im nicht-linearen Verstärker als auch in seinem Duplikat aufge­ schaltet werden kann, um den Pegel des Informationssignals im nicht-linearen Verstärker bzw. das diesem Informationssignal im Duplikat entsprechende Signal verschieben zu können. Vor­ teilhafterweise sind die beiden Strom- oder Spannungsquellen gepaart und sind im nicht-linearen Verstärker bzw. in seinem Duplikat in gleicher Weise angeschlossen, so dass bei syn­ chroner Ansteuerung der beiden Strom- oder Spannungsquellen die gleiche Wirkung im nicht-linearen Verstärker bzw. in sei­ nem Duplikat erzielt wird. Es ist jedoch auch denkbar, die Strom- oder Spannungsquellen an unterschiedlichen Stellen im nicht-linearen Verstärker bzw. seinem Duplikat anzuschließen und gegebenenfalls die Strom- oder Spannungsquellen unter­ schiedlich auszuführen.

Zusätzlich weist die Offset-Schaltung eine Regelschaltung auf, die als Ist-Größe bzw. Ist-Größen wenigstens ein Signal im Duplikat des nicht-linearen Verstärkers abgreift und deren Stellausgang auf beide Strom- oder Spannungsquellen wirkt. Auf diese Weise kann bei gleicher Auswirkung des Stellsignals der Regelschaltung im nicht-linearen Verstärker und in seinem Duplikat der nicht-lineare Verstärker geregelt werden, ohne dass die Funktion des nicht-linearen Verstärkers durch den Abgriff von Signalen nachteilig beeinflusst wird.

Diese vorgenannte Einrichtung kann dazu verwendet werden, den Pegel des Informationssignals im nicht-linearen Verstärker zu verschieben, indem eine einstellbare Strom- oder Spannungs­ quelle am Duplikat angeschlossen wird, wobei die Regelschal­ tung die steuerbare Strom- oder Spannungsquellen im Duplikat so ausregelt, dass sie die Wirkung der einstellbaren Strom- oder Spannungsquelle im Duplikat kompensiert, wobei auf diese Weise die parallel angesteuerte Strom- oder Spannungsquelle im nicht-linearen Verstärker ein Strom- oder Spannungssignal auf das Informationssignal aufschaltet, das dem Strom- oder Spannungssignal der einstellbaren Strom- oder Spannungsquelle im Duplikat entspricht. Um das Informationssignal im nicht- linearen Verstärker mit einer am Duplikat angeschlossenen einstellbaren Strom- oder Spannungsquelle möglichst genau verschieben zu können, ist es wesentlich, dass sich das Stellsignal der Regelschaltung im nicht-linearen Verstärker und seinem Duplikat auf möglichst gleiche Weise auswirken. Dazu sind die beiden steuerbaren Strom- oder Spannungsquellen im nicht-linearen Verstärker bzw. in seinem Duplikat vorteil­ hafterweise an gleicher Stelle angeordnet und weisen einen hohen Gleichlauf auf.

Im Duplikat des nicht-linearen Verstärker in der Offset- Schaltung kann anstelle eines nicht-linearen Gegenkopplungs­ elements ein lineares Gegenkopplungselement, beispielsweise ein Ohmscher-Widerstand, eingesetzt werden. Dies hat den Vor­ teil, dass die Signaländerungen an der Regelschaltung linear sind und ein Verstärker der Regelschaltung weniger Verstär­ kung benötigt.

Vorteilhafterweise wird auch das zweite Signal der Offset- Schaltung am Duplikat der Struktur des nicht-linearen Ver­ stärkers abgegriffen, so dass der nicht-lineare Verstärker nicht durch den Abgriff dieses Signals nachteilig beeinflusst wird. Dazu wird das zweite Signal an einem Signalpfad im Dup­ likat abgegriffen, der dem Informationssignalspfad im nicht- linearen Verstärker entspricht oder an einem das gleiche Sig­ nal führenden Pfad des Duplikats. Wenn die Offset-Schaltung eine Regelschaltung aufweist, die die Differenz zwischen zwei verschiedenen Signalen zu Null regelt, kann das zweite Signal der Offset-Schaltung an einem dieser beiden Signalpfade abge­ griffen werden, da aufgrund der Regelschaltung die Differenz zwischen diesen beiden Pfaden Null beträgt.

Vorteilhafterweise weist die Schaltungsanordnung einen Vor­ verstärker auf, der dem nicht-linearen Verstärker vorgeschal­ tet ist. Ein Offset dieses Vorverstärkers kann auf einfache Weise auch von der Offset-Schaltung kompensiert werden, die ohnehin bereits über eine Einrichtung zur Verschiebung des Pegels des Informationssignals verfügt. Vorteilhafterweise weist dazu die Offset-Schaltung ein Duplikat der Struktur des Vorverstärkers auf, wobei das Duplikat des Vorverstärkers mit keinem Eingangssignal beaufschlagt wird, so dass am Ausgang des Duplikats ein Maß für die Offset-Spannung des Vorverstär­ kers abgegriffen werden kann. Das Ausgangssignal des dupli­ zierten Vorverstärkers kann somit als Grundlage für die Kom­ pensation des Offsets des Vorverstärkers verwendet werden. Dazu kann vorteilhafterweise eine Offset-Schaltung mit einer Regelschaltung verwendet werden, indem der Ausgang des Dupli­ kats des Vorverstärkers mit der steuerbaren Strom- oder Span­ nungsquelle in der Offset-Schaltung verbunden wird und die Regelschaltung so eingerichtet ist, dass sie mittels der steuerbaren Strom- oder Spannungsquelle den Offset des Dupli­ kats des Vorverstärkers kompensiert, wobei auf diese Weise durch die synchrone Ansteuerung der steuerbaren Strom- oder Spannungsquelle des nicht-linearen Verstärkers der Offset des dem nicht-linearen Verstärker vorgeschalteten Vorverstärkers kompensiert wird.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist am Dupli­ kat des nicht-linearen Vorverstärkers sowohl die einstellbare Strom- oder Spannungsquelle, die zum Verschieben des Pegels des Informationssignals dient, als auch das Duplikat des Vor­ verstärkers angeschlossen, so dass mit der Regelschaltung gleichzeitig der Offset des Vorverstärkers kompensiert und der Pegel des Informationssignals im nicht-linearen Verstär­ ker entsprechend der einstellbaren Strom- oder Spannungsquel­ le im Duplikat des nicht-linearen Verstärkers verschoben wer­ den kann, wobei der einzige Eingriff im nicht-linearen Ver­ stärker in der Zuordnung einer Strom- oder Spannungsquelle besteht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich­ nungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Teils einer Schal­ tungsanordnung zum Auswerten eines digitalen Informationssig­ nals gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung,

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Vorverstärkers der Schaltungsan­ ordnung gemäß Fig. 1, und

Fig. 3 zeigt den Verstärkerteil mit zugeordneter Offset- Schaltung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung dient zum Auswerten eines digitale Daten enthaltenden Informationssig­ nals, wobei die dargestellte Schaltungsanordnung im Wesentli­ chen eine Verstärkerschaltung darstellt, deren Ausgang mit einer nicht-dargestellten Digitalisierungseinrichtung zum Ge­ winnen der Daten aus dem Informationssignal verbunden ist.

Die nicht-dargestellte Digitalisierungseinrichtung kann vor­ zugsweise ein Komparator sein, der die einzelnen Bits aus dem Informationssignal extrahiert, wobei der Eingang der darge­ stellten Schaltungsanordnung mit einer Photodiode verbunden ist, die beispielsweise an ein passives optisches Netzwerk angeschlossen ist.

Die dargestellte Schaltungsanordnung weist einen Vorverstär­ kerblock 1-3 auf, der aus einem Transimpedanzverstärker 1 mit Gegenkopplungswiderstand 2 zum Umsetzen eines Eingangsstroms in eine Ausgangsspannung sowie einen nachgeschalteten Transkonduktanzverstärker 3 zum Umsetzen der Ausgangsspannung des Transimpedanzverstärkers 1 in einen Ausgangsstrom auf, wobei der Ausgangsstrom des Transkonduktanzverstärkers 3 ge­ genüber dem Eingangssignal des Transimpedanzverstärkers 1 verstärkt ist. An den Ausgang des Transkonduktanzverstärkers 3 ist ein Knotenpunkt 4 angeschlossen, der den Ausgangsstrom des Transkonduktanzverstärkers 3 und ein von einer Offset- Schaltung 9 aufgeschaltetes erstes Signal addiert und das bei dieser Addition gewonnene Summensignal auf einen nicht- linearen Verstärker 5-7 aufschaltet. Der nicht-lineare Ver­ stärker 5-7 besteht aus einem gegengekoppelten Verstärker 5 mit einer Diode 6 und einem Widerstand 7 in Serienschaltung im Gegenkopplungspfad.

Der gegengekoppelte Verstärker 5 des nicht-linearen Verstär­ kers 5-7 weist aufgrund der Diode 6 im Gegenkopplungspfad ei­ ne nicht-lineare Verstärkung auf, wobei bei kleinen Signalpe­ geln die Diode 6 einen sehr hohen Durchlasswiderstand und da­ mit der nicht-lineare Verstärker 5-7 eine hohe Verstärkung aufweist und bei hohen Signalpegeln der Durchlasswiderstand der Diode 6 gering ist, so dass der nicht-lineare Verstärker 5-7 eine geringere Verstärkung aufweist. Mit dem von der Off­ set-Schaltung 9 auf den Knotenpunkt 4 aufgeschalteten ersten Signal ist es möglich, den Pegel des Informationssignals im nicht-linearen Verstärker 5-7 zu verschieben, so dass damit der Arbeitspunkt des nicht-linearen Verstärkers 5-7 verscho­ ben und dessen Verstärkung eingestellt werden kann.

Das Ausgangssignal 23 des nicht-linearen Verstärkers 5-7 ist an eine Subtrahierschaltung 8 angeschlossen, die die Diffe­ renz zwischen dem Ausgangssignal 23 und einem zweiten Signal 19 bildet, das von der Offset-Schaltung 9 auf die Subtrahier­ schaltung 8 aufgeschaltet wird. Das zweite Signal 19 ent­ spricht dem Ausgangssignal 23 des nicht-linearen Verstärkers 5-7 bei auf den Knotenpunkt 4 von der Offset-Schaltung 9 auf­ geschalteten ersten Signal, wenn der Eingangsstrom des Trans­ impedanzverstärkers 1 Null ist. Auf diese Weise kann die Aus­ wirkung des ersten Signals zur Verschiebung des Pegels des Informationssignals im nicht-linearen Verstärker 5-7 kompen­ siert werden, so dass am symmetrischen Ausgang der Subtra­ hierschaltung 8 ein Signal anliegt, das vom auf den Knoten­ punkt 4 aufgeschalteten ersten Signal nicht beeinflusst wird, wobei dennoch eine Einstellung der Verstärkung des nicht- linearen Verstärkers 5-7 möglich ist.

Zusätzlich ist an die Offset-Schaltung 9 ein Duplikat 10 des Vorverstärkers 1-3 angeschlossen, um einen Offset des Vorver­ stärkers 1-3 zu kompensieren. Das Vorverstärkerduplikat 10 weist ebenso wie der Vorverstärker 1-3 einen Transimpedanz­ verstärker 11 sowie einen nachgeschalteten Transkonduktanz­ verstärker 12 auf, wobei auf den Eingang des Transimpedanz­ verstärkers 11 kein Eingangssignal aufgeschaltet ist. Auf diese Weise liegt am Ausgang des Vorverstärkerduplikats 10 ein Signal an, das dem Offset des Vorverstärkers 1-3 ent­ spricht. Die Offset-Schaltung 9 ist mit dem Ausgang des Vor­ verstärkerduplikats 10 verbunden und berücksichtigt bei der Bildung des ersten Signals das am Vorverstärkerduplikat 10 anliegende Ausgangssignal, so dass über das auf den Knoten­ punkt 4 aufgeschaltete erste Signal sowohl der Arbeitspunkt des nicht-linearen Verstärkers 5-7 verschoben als auch ein Offset des Vorverstärkers 1-3 kompensiert wird.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung zeigt den genauen Auf­ bau des Vorverstärkers 1-3, wobei dieser Aufbau den entspre­ chenden Funktionsblöcken im Vorverstärkerduplikat 10 ent­ spricht. Der Transimpedanzverstärker 1 wird durch einen Com­ mon-Source-Verstärker 13 mit Widerstand 14 sowie einen Sour­ cefolger 15 gebildet, der mit einer Stromquelle 17 gebiast ist. Das Gegenkopplungselement wird von einem Widerstand 2 gebildet. Der nachgeschaltete Transkonduktanzverstärker 3 wird von einem Transistor 16 gebildet. Anstelle der Feldef­ fekttransistoren können auch bipolare Transistoren verwendet werden.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung zur Ver­ anschaulichung des Aufbaus des nicht-linearen Verstärkers 5-7 sowie der Offset-Schaltung 9 sind der Vorverstärker 1-3 sowie sein Duplikat 10 lediglich als Funktionsblöcke dargestellt. Bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung wird der nicht-lineare Verstärker von einem mit einer Stromquelle 20 gebiasten Transistor 5 gebildet, der zusammen mit einer Tran­ sistordiode 6 und einem Widerstand 7 als Gegenkopplungsele­ mente einen zweiten Transimpedanzverstärker bildet. Das Aus­ gangssignal 23 des nicht-linearen Verstärkers 5-7 wird am Knotenpunkt zwischen dem Transistor 5 und der Stromquelle 20 abgegriffen. Zusätzlich ist an der Gate des Transistors 5 ei­ ne steuerbare Stromquelle 18 angeschlossen, mit der auf den Ausgangsstrom des Transkonduktanzverstärkers 3 bzw. auf das Informationssignal ein Offset-Strom aufgeschaltet werden kann.

Innerhalb der Offset-Schaltung 9 ist die Struktur des nicht- linearen Verstärkers 5-7, 20 zusammen mit der steuerbaren Stromquelle 18 dupliziert. Am Verstärkerduplikat 5', 6', 7', 18', 20' ist als Eingangssignal der Ausgang des Vorverstär­ kerduplikats 10 angeschlossen, wobei zusätzlich auf den Ein­ gang des Verstärkerduplikats 5', 6', 7', 18', 20' eine ein­ stellbare Stromquelle 21 aufgeschaltet ist. Die Teile des nicht-linearen Verstärkers 5-7, 18, 20 weisen vorteilhafter­ weise ein gutes Matching mit den spiegelbildlichen Teilen des Verstärkerduplikats 5', 6', 7', 18', 20' auf. Zusätzlich weist die Offset-Schaltung 9 eine Regelschaltung 22 auf, die zur Kompensation des Offset-Stroms des Vorverstärkers 1-3 so­ wie des Bias-Stroms dient, der von der einstellbaren Strom­ quelle 21 geliefert wird. Dazu erfasst die Regelschaltung 22 den Spannungsabfall an den Gegenkopplungselementen 6', 7' des Verstärkerduplikats 5', 6', 7', 20' und regelt diesen mittels der duplizierten Stromquelle 18' zu Null. Auf diese Weise wird im Verstärkerduplikat 5', 6', 7', 20' in der Offset- Schaltung 9 sowohl der Offset-Strom des Vorverstärkerdupli­ kats 10 als auch der Bias-Strom der einstellbaren Stromquelle 21 kompensiert. Da die Regelschaltung 22 parallel zur steuer­ baren Stromquelle 18' auch die Stromquelle 18 des nicht- linearen Verstärkers 5-7, 20 ansteuert, die jedoch nicht mit dem Strom der einstellbaren Stromquelle 21 beaufschlagt ist, wird in dem nicht-linearen Verstärker 5-7, 20 der Offset- Strom des Vorverstärkers 1-3 kompensiert und ein Bias-Strom zur Verschiebung des Informationssignals aufgeschaltet, der dem an der einstellbaren Stromquelle 21 eingestellten Wert entspricht.

Gleichzeitig wird am Verstärkerduplikat 5', 6', 7', 20' das zweite Signal 19 für die nachfolgende Subtrahierschaltung 8 gewonnen, indem das zweite Signal 19 am Eingang des gespie­ gelten Verstärkertransistors 5' abgegriffen wird. Da die Re­ gelschaltung 22 den Spannungsabfall über den gespiegelten Ge­ genkopplungselementen 6', 7' zu Null regelt, liegt am Eingang des Spiegeltransistors 5' das gleiche Signal an wie am Kno­ tenpunkt zwischen dem Spiegeltransistor 5' und der gespiegel­ ten Stromquelle 20'. Das zweite Signal 19 kann daher sowohl am Knotenpunkt zwischen dem Spiegeltransistor 5' und der ge­ spiegelten Stromquelle 20' als auch am Eingang des Spiegel­ transistors 5' abgegriffen werden. Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung des zweiten Signals 19 besteht darin, zwischen den Knotenpunkt zwischen der Stromquelle 20' und dem Transis­ tor 5' einen weiteren Widerstand mit dem gleichen Wert wie der Widerstand 7' zu schalten und das zweite Signal 19 zwi­ schen diesem Widerstand und der Stromquelle 20' abzugreifen. Das zweite Signal 19 entspricht demnach dem Ausgangssignal des nicht-linearen Verstärkers 5-7, 20, das sich einstellt, wenn ein Bias-Strom von der Stromquelle 18 aufgeschaltet ist und an den Eingang des Transimpedanzverstärkers 1 kein Ein­ gangssignal aufgeschaltet ist.

In der vorliegenden Schaltungsanordnung sind die Verstärker­ transistoren als Feldeffekttransistoren ausgebildet, wobei der pn-Übergang im nicht-linearen Gegenkopplungselement 6 bzw. 6' als PNP-Transistor ausgeführt ist. Dabei kann der PNP-Transistor in einer nach der CMOS-Technologie hergestell­ ten Schaltungsanordnung von einem parasitären Element gebil­ det werden. Ansonsten könnte eventuell auch ein pn-Übergang eines MOS-Transistors Source/Drain auf Bulk verwendet werden.

Die Regelschaltung 22 sollte einen Differenzverstärker mit einem geringen Offset sowie einer hohen Verstärkung aufwei­ sen, um die Ströme trotz der nicht-linearen Kennlinie mög­ lichst genau auszuregeln.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es daher möglich, ein Informationssignal mit einem sehr hohen Dynamikumfang auszu­ werten, wobei zusätzlich bei geringem Aufwand die Möglichkeit einer Verstärkungseinstellung sowie einer Offsetkompensation gegeben ist.

Claims (13)

1. Schaltungsanordnung zum Auswerten eines digitale Daten enthaltenden Informationssignals mit einer Verstärkerschal­ tung (1, 3, 5) zum Verstärken des Informationssignals und ei­ ner Digitalisierungseinrichtung zum Digitalisieren des ver­ stärkten Informationssignals, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkerschaltung (1, 3, 5) einen nicht-linearen Verstärker (5-7) aufweist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Digitalisierungseinrichtung ein Komparator ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht-lineare Verstärker (5-7) ein gegengekoppelter Verstärker (5) mit einem nicht-linearen Gegenkopplungselement (6) ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-lineare Gegenkopplungselement (6) einen pn- Halbleiterübergang und/oder einen np-Halbleiterübergang auf­ weist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem nicht-linearen Gegenkopplungselement (6) ein Wi­ derstand (7) in Serie geschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem nicht-linearen Verstärker (5-7) eine Offset- Schaltung (9) zugeordnet ist, die derart eingerichtet ist, dass sie ein erstes Signal zur Verschiebung des Pegels des Informationssignals erzeugt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung eine Subtrahierschaltung (8) zur Bildung eines Differenzsignals zwischen zwei Subtrahierein­ gängen aufweist und die Offset-Schaltung derart eingerichtet ist, dass sie in Abhängigkeit des ersten Signals ein zweites Signal erzeugt, das auf einen Subtrahiereingang (24) der Sub­ trahierschaltung (8) aufgeschaltet ist, wobei auf einen ande­ ren Subtrahiereingang (23) der Subtrahierschaltung (8) das Ausgangssignal des nicht-linearen Verstärkers (5-7) aufge­ schaltet ist und die Digitalisierungseinrichtung mit dem Dif­ ferenzsignal beaufschlagt ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die Offset-Schaltung (9) ein Duplikat der Struktur des nicht-linearen Verstärkers (5-7) aufweist,
dass die Offset-Schaltung (9) und der nicht-lineare Verstär­ ker (5-7) eine steuerbare Strom- oder Spannungsquelle (18, 18') zur Verschiebung des Pegels des Informationssignals in­ nerhalb des nicht-linearen Verstärkers (5-7) bzw. eines ent­ sprechenden Signals im Duplikat der Struktur des nicht- linearen Verstärkers (5-7) in der Offset-Schaltung (9) auf­ weist und
dass die Offset-Schaltung (9) eine Regelschaltung (22) auf­ weist, die derart eingerichtet ist, dass sie ein im Duplikat der Struktur des nicht-linearen Verstärkers (5-7) in der Off­ set-Schaltung (9) abgegriffenes Signal als eine Ist-Größe verwendet und ein Regelausgang der Regelschaltung (22) sowohl auf die Strom- oder Spannungsquelle (18) des nicht-linearen Verstärkers (5-7) als auch auf die Strom- oder Spannungsquel­ le (18') dessen Duplikats (5', 6', 7') wirkt.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Duplikat (5', 6', 7') der Struktur des nicht- linearen Verstärkers (5-7) das nicht-lineare Gegenkopplungs­ element (6) durch ein lineares Gegenkopplungselement ersetzt ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 und einem der An­ sprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Signal (24) der Offset-Schaltung (9) an einem im Duplikat (5', 6', 7') der Struktur des nicht-linearen Ver­ stärkers (5-7) auftretenden Signal abgegriffen ist.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung einen Vorverstärker (1-3) auf­ weist, der dem nicht-linearen Verstärker (5-7) vorgeschaltet ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Offset-Schaltung (9) derart eingerichtet ist, dass sie einen Offset des Vorverstärkers (1-3) kompensiert.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung ein mit keinem Eingangssignal beaufschlagtes Duplikat (10) der Struktur des Vorverstärkers (1-3) aufweist, dessen Ausgang mit der Offset-Schaltung (9) verbunden ist und die Offset-Schaltung (9) derart eingerich­ tet ist, dass sie in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Duplikats (10) des Vorverstärkers (1-3) zur Kompensation des­ sen Offsets das erste Signal beeinflusst.